Способ получения сажи и реактор дляЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК C09C1/50 

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей и нефтехимической промьпп ленности, в частности к получению сажи путем термического или термоокис лительного разложения углеводородного сырья и к устройствам для их получения. Изобретение может быть успешно использовано для получения из жидкого углеводородного сырья печных саж, при меняемых в качестве усиливающего наполнителя при изготорлении шин и рези нотехнических изделий. Известен способ получения сажи путем разложения жидкого углеводородного сырья, включающий сжигание топлива с воздухом и термическое разложение углеводородного сырья в высокотемпературных продуктах полного горения, закалку сажегазовых продуктов, отделение сажи из потока сажегазовых продуктов, отбор части отходящих газо и возврат их на сжигание, возвращаемую часть газовых продуктов предварительно охлаждают для удаления водяных паров. Реактор для осуществления известного способа включает последовательно расположенные камеру горения со средстваю для подачи топлива,, кислородсодержащего газа и возвращаемых газовых продуктов, реакционную камеру с сырьевой форсункой и средствамн для подачи закалочного агента Uj Недостатками известного способа получения сажи и реактора для его осуществления являются большие энергетические затраты, связанные с обезвоживанием отходящих газов и с затратами тепла на их последующий нагрев в камере горения, а также сложмость технологического процесса и большая металлоемкость аппаратов. Известен способ получения сажй включающий сжигание топлива с воздухом, подачу углеводородного сырья в продуктыполного горения топлива, термическое разложенне сырья в продуктах полного горения топлива с обраэование сажегазовых продуктов, отбор части сажегазовых продуктов и подачу их на стадию термического разложения сырья (в реакционную зону) , закалку сажегазовых продуктов (оставшейся части) и последующее отделение сажи от газообраз ых продуктов, подачу отобранной части сажегазовых продуктов в реакционную зону осуществляют потоком продуктов горения топлива, Реактор для осуществления известного способа содержит последовательно установленные, камеру горения с пат рубками для подачи топлива и воздуха и форсункой (аксиальной) для подачи сырья, сопло и реакционную камеру с форсункой для подачи закалочного агента и трубой для отбора сажегазо.вых продуктов, входной торец которой установлен перед форсункой для подачи закалочного агента и выходной торец у входного торца реакционной камеры 2. Недостатком известного способа и реактора для получения сажи является тОг что количество воздуха, подаваемо гр в камеру горения реактора для сжигания топлива, значительно больше сте хиометрического (150% Л Это приводит к тому, что продукты полного гс.рения содержат свободный кислород, при взаимодействии с которым часть углеводородного сырья сгорает с образованием окиси и двуокиси углерода, В результате этого выход сажи в расчете на углеводород, подаваемый в реактор, яв ляется недостаточно высоким. При этом за углеводород принимается сумма масс используемых в процессе сырья и топли ва. Выход сажи в расчете на сумму масс сырья и топлива является наиболее объективным показателем эффектив ности процесса, так как в последнее время значительно увеличились цены на природный и нефтяной газ, а также на жидкое топливо нефтя,ного происхож дения поэтому доля затрат на вспомо гательное топливо резко возросла и стала соизмерима с затратами на сырь Другой недостаток известного способа получения сажи заключается в том, что при подаче рециркулируемь х сажегазовых продуктов в зону подачн сырья, процесс сажеобразования проте кает в присутствии в реакционном объ готовой углеродной поверхности, при этом, с одной стороны,снижается : исперсность и структурность получаемои сажи, а с другой стороны, увеличивается полидисперсность сажи, что является нежелательньм явлением с точки зрения усиления резин. Кроме того, недостатком известного реактора является сложность регулирования количества рециркулируемых по вг е1инему каналу сажегазовых продуктов, так как peiLHpкуляцию осуществляют продуктами горения топлива, поступающими из камеры горения в реакционную камеру. Цель изобретения - увеличение выхода сажи (в расчете на углеводород, подаваемый в реактор), и структурности. Поставленная цель достигается тем, что способ включает сжигание топлива с воздухом, подачу углеводородного сырья в продукты полного горения топлива, термическое разложение сырья в продуктах полного горения топлива с образованием сажег;1яовых продуктов, отбор 2-26 об.% сажегазовых продуктов и подачу их на сжигание в качестве тоапива; закапку сажегазовых продуктов {основного потока) и последующее отделение сажи от газообразных продуктов; подаваемь е на с №1гание сажегазовые продукты инжектируют воздухом под давлением 4-8 ати. Г еактор для осуществления предлагаемого способа содержит последовательно установленные камеру горения с патрубками для подачи топлива и воздуха и форсункой для подачи сырья, и реакционную камеру с форсункой для подачи закалочного агента и трубой Д.ПЯ отбора сажегазовых продуктов, входной торец которой установлен перед форсункой ,цля подачи закалочного агента, и инжектор, установленный между выходным торцом трубы для отбора сажегазовых продуктов и патрубком Д-Пя подачи топлива и воздуха в камеру горения. Использование в качестве топлива высокотемпературных сажегазовьсс продуктов позволяет иослючить из процесса пода.чу вспомогаткльного высококалорийного углеводорсадного топлива, в результате чего возрастает .эффективность процесса за счет увеличения выхода сажг- в расчете на используемый в процессе углеводород, а также ее структурность. С другой стороны использование в качестве топлива сажегазовых продуктов, калорийность которых значительно меньше, нем-вспомогательного топлива, позволяет уменьшить количество избыточного воздуха, подаваемого в камеру горения. Расход воздуха близок к стехиометрическому, но при этом температура в камере горения не превьшает допустимую, при которой обеспечивается стойкость футеровки камеры горения. Кроме того, подача в камеру горения в качестве топлива высокотемпературных сажегазовых продуктов позволяет использовать их физичес кое тепло на разложение углеводородно го сырья. В результате увеличивается выход сажи в расчете на используемый в процессе углеводород. Минимальный j расход ,(2 об.%) рециркулируемых сажегазовых продуктов определяется необходимостью обеспечения достаточного количества тепла для разложения углеводородного сырья. При увеличении расхода рециркулиру емых сажегазовых продуктов вьше 26 об.% эффект повышения выхода сажи становится минимальным в связи с ростом количества сажи, которая при зтом сгорает в камере горения. С точки зрения повышения экономичности процесса и улучшения условий сгорания рециркулируемых сажегазовых продуктов при осуществлении предлагаемого способа получения сажи целесообразно рециркуляцию сажегазовых продуктов осуществлять путем инжекции воздухом, подаваемым под давлением 4-8 ати. Пределы изменения давления воздуха выбраны опытным путем и соответствуют условиям оптимальной. работы инжектирующего устройства. Предлагаемая конструкция реактора позволяет реализовать способ получения сажи на существующих реакторах с минимальными затратами и является универсальной для саж с широким диапазоном свойств. Присоединение выходного торца трубы, входным торцом установленной в реакционной камере, посредством инжектора обеспечивает, кроме того, возможность регулирования количества рециркулируемых сажегазовых продуктов путем изменения параметров воздуха, подаваемого в инжектирующее устройство. На фиг. 1 представлен предлагаемый реактор для получения сажи, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез. Реактор для получения сажи включает корпус 1, в котором последовательно и соосно расположены, соединенные 8 26 друг с другом, камера горения 2, сопло 3 и реакционная камера 4j в камере горения 2 установлена аксиально сырьевая форсунка 5 (которая устанавливается и радиально). Камера горения 2 циклонного типа снабжена двумя тангенциальными патрубками 6 и 7 (патрубки устанавливаются и аксиально) для подачи топлива и воздуха. В тангенциальном патрубке-6 установлена горелка 8 для сжигания углеводородного топлива. Тангенциальный патрубок 7 соединен с инжектором, который включает камеру смешения 9 и .приемную меру 10. Приемная камера 10 трубой 11, футерованной огнеупорным материалом, соединена с реакционной камерой 4. В приемной камере 10 по ее продольной оси подвижно устанавливается форсунка 12, выходная насадка 1S которой выполняется в виде сопла Лаваля. Форсунка 12 патрубком соединена с источу НИКОМ воздуха под давлением (не показан) . В конце реакционной камеры 4 после точки присоединения входного торца трубы 11, устанавливаются форсунки 14 для подачи закалочного агента. Способ получения сажи в реакторе осуществляется следующим образом. В форсунку 12 инжектора подают по стрелке А воздух в количестве от 100 до 500 нм /ч под давлением от 4 до 8 ати. Поток воздуха из выходной на-садки 13 форсунки 12 поступает в камеру смешения 9 инжектора и создает разрежение в приемной камере 10 инжектора. В результате этого из реакционной камеры 4 через входной торец трубы 11 в приемную камеру 10 инжектора поступают сажегазовые продукты с температурой 1380-1400°С, которые в камере смешения 9 инжектора смешиваются с потоком воздуха. Получаемая смесь поступает через тангенциальный патрубок 7 в камеру горения 2 и горючие компоненты сажегазовых продуктов сгорают с образованием потока продуктов полного горения. Для обеспечения полного сгорания в камеру горения 2 через тангенциальный патрубок 6 подают по стрелке Б воздух на горение с температурой 230 С. В поток продуктов горения, поступающий через смесительное сопло 3 в реакционную камеру 4, через сырьевую форсунку 5 подают по стрелке В распыленное углеводородное сырье, предварительно подогретое до 785 , в количестве 500 кг/ч. Для лучшего распыления сырья в форсунку 5 подают по стрелке Г воздух под давлением 6 ати с температурой 250 С в количестве 300 . В качестве сьфья использована смесь зеленого масла и антраценового масла в соотношении 1:1. В реакционной камере Д углеводородное сырье за .счет тепла продуктов горения при 1550°С разлагается с виделением сажи. Получаемые высокотемпературные сажегазовые продукты разделяют на две части. Одну часть в количестве ,от 2 до 26 об,% подают на сжигание в качестве топлива в Камеру горения. При этом количество рециркулируемых сажегазовых продуктов составляет от 0,1 до 1,0 сырья. Другая (основная} часть сажегазовых продуктов проходит в зону охлаждения и в через форсунки lA под давлением 14 ати 2 подают по стрелке Д закалочный агент (распыленную воду). Охлаждаемые до 650°С сажегазовые продукты выходят из реактора и поступают в систему устройств для отделения сажи от газообразных продуктов реакции. В период разогрева реактора и выведения его на режим получения сажи в тангенциальный патрубок 6 камеры горения 2 подают через горелку 8 по стрелке Е углеводородное топливо (пропанбутановую смесь) в количестве 50 . В дальнейшем подача углеводородного топлива уменьшается или прекращается полностью. В таблице приведены результаты опытов по предлагаемому способу, проведенных в условиях подачи различных количеств сажегазовых продуктов на сжигание в качестве топлива, в сравнении с известным.

Расход сырья, кг/ч

Э

Расход топлива, IM /ч

Расход воздуха на горение,

Расход воздуха в инжектор, нм /чДавление, воздуха в инжекторе, кг/смКоличество рециркулируемых сажегазовых продуктов на сжигание, об,%Удельный расход рециркулиругмых сажегазовых продуктов, сырья Состав реакционных газов, об.%: 6,046,86 13,0111,36 10,859,4

500

500

500

500

660

1000

880

1750

270

315

500

100

26

2,03 4,34 16,0 0,154 0,615 1,0 5,17 5,09 11,75 10,21 10,20 17,6 17,8 19,02

Выход сажи в расчете на используемый в процессе углеводород, вес.%

Масляное число, мл/100

Удельная геометрическая поверхность (кинетический метод, м /г

74 Как видно из таблицы, величины выхода сажи в расчете на используемый в процессе углеводород значительно вьше, чем в известном способе и реакторе для получения сажи. Кроме того, при осуществлении предлагаемого способа и реактора для получения сажи на блюдается довольно значительное повышение структурности сажи (по масляному числу). При незначительных затратах на изготовление и монтаж рециркуляционного устройства, предлагаемый способ и реактор для получения сажи может быть осуществлен на действующих в промышленности реакторах для получения сажи Формула изобретения 1. Способ получения сажи, включаю щий сжигание топлива с воздухом пода чу углеводородного сырья в продукты полного горения топлива, термическое разложение сырья в продуктах полного горения топлива с образованием сажегазовых продуктов, отбор части сажегазовых продуктов и подачу их в процесс, закалку сажегазовых продуктов и последующее отделение сажи от газо образных продуктов, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода и структурности сажи, от0,37-0,63 0,65 0,83

0,54-0,86 0,85 0,37

Остальное

42,2 54,1 57,6 58,4 138 46 148 150

72,4

73,5 71

75 бирают сажегазовые продукты в количестве 2-26 об.% и подают на сжигание в качестве топлива. 2.Способ . 1, отличающийся тем, что подаваемые на сжигание сажегазовые продукты инжектируют воздухом под давлением 4-8 ати, 3.Реактор Для осуществления способа по п. 1, содержащий последовательно установленные камеру горения с патрубками для подачи топлива и воздуха и форсункой для подачи сырья, и реакционную камеру с форсункой для йодачи закалочного агента и трубой для отбора сажегазовых продуктов, входной торец которой установлен пе-, ред форсункой дпя подачи закалоч- ного агента, отличающий- с я тем, что, он содержит инжектор , установленный между выходным торцом трубы для отбора сажегазовых продуктов и патрубком для подачи, топлива и воздуха в камеру горения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 26/2402, кл. 23-209.8, опублик. 16.03.54. 2.Патент США № 3645685, кл. С 09 С 1/50, опублик.-29,02.72 ( прототип).

в -в